Исследование свойства и водородной стойкости титанового сплава ВТ1-0 с TiO2 покрытием, полученным методом плазменно-ассистированного дугового напыления
ВВЕДЕНИЕ 15
1 . ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОДОРОДА С ТИТАНОВЫМИ СПЛАВАМИ 17
1.1 Водородная хрупкость титана и сплавов на его основе 21
1.2 Абсорбция и диффузия водорода 24
1.3 Источники попадания водорода в титан и сплавы на его основе 28
1.4 Методы борьбы с водородной хрупкостью титана и его сплавов 29
2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 32
2.1. Материал исследований 32
2.2 Этапы подготовки образцов 32
2.3 Нанесение покрытий 33
2.4 Насыщение образцов водородом 33
2.5 Оценка шероховатости поверхности 33
2.6 Метод измерения микротвердости материалов 34
2.7 Метод растяжения 35
2.7.1 Материал и проб подготовка 35
2.7.2 Одноосное растяжение 35
2.7.3 Испытание на одноосное растяжение 36
2.7.4 Предел прочности при растяжении 36
2.7.5 Относительное удлинение при растяжении 37
2.8 Метод спектрометра высокочастотного тлеющего разряда 38
2.9 Исследование структуры и фазового состава образцов 38
3. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ СПЛАВА BT1-0 В ИСХОДНОМ
СОСТОЯНИИ 40
3.1 Измерение шероховатости поверхности 40
3.2 Исследование твердости сплава BT1-0 в исходном состоянии 40
3.3 Исследование влияния водорода на механические свойства титанового
сплава 41
3.4 Структурно-фазовое состояние сплава ВТ1-0 42
4. ВЛИЯНИЕ НАСЫЩЕНИЯ ВОДОРОДОМ НА СВОЙСТВА СПЛАВА BT1-0
С ПОКРЫТИЕМ TiO2 44
4.1 Влияние обработки поверхности на поглощение водорода сплавом ВТ1-0 44
4.2 Распределение элементов в поверхностном слое образцов 45
5. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 47
5.1 Составление перечня работ 47
5.2 Определение трудоемкости работ 48
5.3 Построение графика работ 52
5.4 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) 53
5.4.1 Расчет материальных затрат НТИ 53
5.4.2 Расчет затрат на специальное оборудование для научных
(экспериментальных) работ 54
5.4.3 Основная и дополнительная заработная плата исполнителей темы 54
5.4.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 56
5.4.5 Накладные расходы 56
5.4.6 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта .... 57
5.5 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, социальной и
экономической эффективности исследования 57
5.6 Вывод 60
6. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 61
6.1 Техногенная безопасность 61
6.1.1 Микроклимат 62
6.1.2 Электромагнитные поля 64
6.1.3 Электрическое напряжение 65
6.1.4 Воздействие высокой температуры 66
6.1.5 Эксплуатация газовых баллонов, работающих под давлением 66
6.2 Региональная безопасность 66
6.3 Организационные мероприятия обеспечения безопасности 66
6.4 Особенности законодательного регулирования проектных решений 68
6.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях
6.6 Вывод 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 74
Титан и его сплавы являются незаменимым материалом во многих областях промышленности [1]. Благодаря малому удельному весу и высокой прочности титан является ценным авиационным материалом. В этой отрасли промышленности титановый лист используется для изготовления винтов двигателей, корпусов, крыльев, двигателей, обшивки, трубопроводов, крепежа и многого другого. Кроме этого он широко применяется в химической промышленности из-за высокой коррозионной стойкости во многих химических средах [2]. Изделия из титана не только обеспечивают снижение эксплуатационных затрат и безаварийность работы, но и надежно противостоят агрессивным и ядовитым средам, устойчивы к высоким давлениям и температурам. Без титановых сплавов сегодня было бы невозможным эффективное производство хлора, калия, натрия, марганца, соды, мочевины, органического стекла, отбеливающих веществ, фармацевтических средств и еще десятков наименований. Из титанового сплава делают насосы, компрессоры, фильтры и трубопроводы для перекачки кислот. Чаще всего для деталей и узлов оборудования химического производства применяют титановые листы и проволоку из сплава марки ВТ1-0 с наилучшими антикоррозийными характеристиками при рабочей температуре до 350 °С [2]. Однако, при освоении производства титана и его сплавов возникли трудности, связанные с водородной хрупкостью, приводящей к преждевременному разрушению деталей [3-7]. Несмотря на определенные успехи в борьбе с водородной хрупкостью, полностью проблема титан-водород не решена. Необходимы дальнейшие всесторонние и глубокие исследования вопроса влияния водорода на свойства титана и его сплавов. Так, одним из эффективных способов повышения эксплуатационных характеристик конструкционных материалов является нанесение защитных покрытий. Защитные покрытия позволяют повысить износостойкость, увеличить коррозионную стойкость и сопротивляемость окислению, усталостной прочности и т.д. В настоящей работе в качестве покрытия на титановый сплав ВТ1-0 был выбран оксид титана. Оксид титана является недорогим, химически стойким материалом, к тому же обладающим уникальными физическими свойствами, в частности, низким коэффициентам диффузии водорода [8].
Целью данной работы являлось - исследование свойств покрытия TiO2 на образцах из титанового сплава ВТ1-0.
Задачи исследования:
1. Исследование механических свойств покрытий TiO2.
2. Исследование распределения элементного состава в образцах до и после нанесения покрытий TiO2 и наводороживания.
3. Влияние обработки поверхности на поглощение водорода сплавом ВТ1-0.
Титан обладает весьма высокой абсорбционной способностью по отношению к водороду. Титан связывает большое количество водорода даже при комнатной температуре, особенно после предварительной непродолжительной активизации путем нагрева в вакууме до 1000 - 1100°С. Всестороннее исследование свойств титановых сплавов показало, что наряду с ценными качествами титан имеет и некоторые неблагоприятные свойства; в частности, для него характерно проявление хрупкости, связанной с присутствием вредных примесей, особенно газов - кислорода, азота и водорода.
В настоящей работе проведены комплексные исследования структуры, механических свойств, водородной стойкости технически чистого титана с покрытиями TiO2. Определено, что при выбранном режиме напыления толщина покрытий составила 4 мкм. Экспериментально было установлено, что нанесение покрытия двуокиси титана на образцы ВТ1-0 приводит к повышению твердости (30 %) исследуемого материала. По результатам испытаний на водородную стойкость при температуре 450°С было обнаружено, что покрытия позволяют снизить скорость сорбции водорода титановым. После наводороживания титанового сплава с покрытием практически весь водород локализован в покрытии. Наводороживание образца сплава ВТ1-0 до концентрации 0,39 масс.% приводит к ухудшению механических свойств. Образец разрушается хрупко на упругой части кривой растяжения.
При планировании научно-исследовательской работы был произведен подсчет бюджета исследования. В процессе формирования бюджета были использованы группировки по материальным затратам (965,9 руб), затратам по основной заработной плате исполнителей тем (115500 руб), затратам по дополнительной заработной плате (13824 руб), затратам на научные и производственные командировки (64400 руб), отчислениям во внебюджетные фонды (50450 руб) и накладным расходам (63553,3 руб). Всего бюджет составил 64880,79 руб. Данная оценка коммерческой ценности необходима, чтобы представлять финансовое состояние и перспективы проводимых научных исследований.
В ходе рассмотрения безопасности и гигиены труда при осуществлении работ по наводороживанию с помощью установки Gas Reaction Controller, были выявлены вредные и опасные факторы рабочей зоны, причины и средства защиты, рассмотрены чрезвычайные ситуации и поведение в них.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
